表面工程技術(shù)在農(nóng)機(jī)維修上的應(yīng)用

河北省科技工程學(xué)校 李帥倫 張穎 賈誼堃

引言

目前我國農(nóng)村農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度越來越成熟，農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化裝備不斷增加，農(nóng)機(jī)維修任務(wù)越來越繁重，大量先進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械在社會生產(chǎn)中對維修都有迫切需求，農(nóng)機(jī)維修這個行業(yè)在21 世紀(jì)必將占據(jù)一席之地。通過表面工程技術(shù)對農(nóng)機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)的應(yīng)用將會越來越廣泛。

農(nóng)業(yè)機(jī)械每年由于表面破壞和失效帶來的損失非常巨大，農(nóng)業(yè)機(jī)械的失效破壞通常由零件表面的腐蝕和磨損造成的較多,腐蝕和磨損嚴(yán)重后就會導(dǎo)致故障增多、生產(chǎn)率下降，作業(yè)成本明顯上升。農(nóng)業(yè)機(jī)械中的氣缸、氣門、曲軸等部件，因磨損和腐蝕常會導(dǎo)致功率下降，污染增加。各種農(nóng)用泵、風(fēng)機(jī)的葉片在表面磨損后，工作性能下降，壽命降低。因此在農(nóng)機(jī)行業(yè)中大力推廣先進(jìn)、實用的表面工程技術(shù)，可顯著提高零部件的抗氧化、耐腐蝕、耐磨損和耐疲勞性能，從而最大限度地延長農(nóng)機(jī)具的使用壽命。

表面工程技術(shù)早在中國古代就應(yīng)用于鎦金術(shù)、淬火術(shù)、貼金術(shù)、桐油漆防腐術(shù)等方面，發(fā)展歷史悠久。近代的摩擦學(xué)、界面力學(xué)與表面力學(xué)、材料失效與防護(hù)、金屬熱處理學(xué)、焊接學(xué)、腐蝕與防護(hù)學(xué)、光電子學(xué)等學(xué)科對多種表面工程技術(shù)的發(fā)展及其基礎(chǔ)理論的研究都做出了巨大貢獻(xiàn)，并成功地應(yīng)用于工程維修之中。

表面工程技術(shù)在提高農(nóng)機(jī)零部件的表面綜合機(jī)械物理性能，改善產(chǎn)品的性能、使用壽命等方面具有明顯的作用。

1 電刷鍍技術(shù)

電刷鍍技術(shù)是表面工程技術(shù)中的一種，它是國家重點推廣項目之一，該技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用已涉及航空、航天、鐵路、交通、冶金、煤炭、水力、電力、石油、化工和國防等各個領(lǐng)域。電刷鍍技術(shù)解決了許多在工程機(jī)械和精密機(jī)械設(shè)備等方面的維修問題，取得了顯著的社會效益。

1.1 電刷鍍原理

電刷鍍又名刷鍍，是一種設(shè)備簡單、工藝靈活、鍍層沉積速度快的表面處理新技術(shù)。它可以在現(xiàn)場修復(fù)機(jī)械零件，進(jìn)行功能性和裝飾性涂鍍。電刷鍍時，電刷鍍電源的一根導(dǎo)線連接工件(陰極)，另一根導(dǎo)線連接裝有形狀和尺寸能與待鍍工件表面相接觸的鍍筆(陽極)。刷鍍時，鍍筆在待鍍工件表面上刷動，金屬沉積在鍍件與陽極的接觸表面，直至達(dá)到零件所需要的鍍層厚度。

1.2 電刷鍍在農(nóng)機(jī)維修中的應(yīng)用

發(fā)動機(jī)作為柴油機(jī)的重要組成部分，其在工作中存在三種磨損形式，分別為分子機(jī)械磨損、腐蝕性磨損和磨料磨損。發(fā)動機(jī)任何一對主要摩擦在工作過程中都可能同時發(fā)生三種磨損過程。由于長時間做功，發(fā)動機(jī)各部件都會受到不同程度的損耗。

合理運(yùn)用電刷鍍技術(shù)來修復(fù)發(fā)動機(jī)氣缸體等部件在實際運(yùn)用中都取得了顯著的效果，為國家節(jié)約了大量資金，也積極推動了再制造工程的發(fā)展。

發(fā)動機(jī)缸體的主軸承座孔缺油或清潔不及時就容易造成燒瓦，主軸承損傷嚴(yán)重，如更換氣缸體，造價偏高，修復(fù)不當(dāng)氣缸體容易產(chǎn)生裂紋，損壞不嚴(yán)重的，磨損量較小時，采用電刷鍍技術(shù)維護(hù)比較方便，而且維修效果好。采用電刷鍍工藝修復(fù)缸體，成本低，操作方便，而且氣缸體在常溫下就可以進(jìn)行修復(fù)。

鍍前處理：用汽油把缸體清潔徹底，用鋼絲刷清理施鍍部位及其附近的積炭，用砂布打磨施鍍面，軸承座孔面用絕緣漆覆蓋，防止軸承孔邊緣被鍍上而導(dǎo)致修磨困難，用丙酮反復(fù)擦洗刷鍍部位。

刷鍍過程：用0# 電凈液電凈，再分別用2#、3# 活化液活化。用特殊鎳打底層，用快速鎳恢復(fù)尺寸，用低應(yīng)力鎳鍍夾層。再用快速鎳恢復(fù)尺寸，如此反復(fù)，直至鍍至需要的厚度。

鍍后加工：刷鍍后要對氣缸體的主軸承承孔進(jìn)行機(jī)械加工，加工到結(jié)構(gòu)需要的工作尺寸。

發(fā)動機(jī)軸瓦的瓦背經(jīng)常因裝配間隙大，軸瓦松動影響發(fā)動機(jī)的修理質(zhì)量，可采用刷鍍技術(shù)來修復(fù)，效果良好，操作方便。

2 堆焊技術(shù)

堆焊技術(shù)是材料表面改性的一種經(jīng)濟(jì)而快速的工藝方法，越來越廣泛地應(yīng)用于機(jī)械零件的制造和表面維護(hù)。

堆焊技術(shù)的技術(shù)原理與傳統(tǒng)的焊接技術(shù)一樣，普通的焊條電弧焊、埋弧焊等焊接方法均可用于堆焊修復(fù)。通過堆焊修復(fù)的方法可使易損部件獲得原有功能，或使已經(jīng)失效的零部件重新恢復(fù)尺寸并獲得相應(yīng)機(jī)能。

2.1 堆焊方法

堆焊是利用急速升溫的熱源將性能優(yōu)異的合金材料熔敷于工件表面或邊緣，進(jìn)而形成一層耐蝕、耐磨、耐熱等優(yōu)良機(jī)能的金屬層，不受零件尺寸和修復(fù)場地限制，具有適用性廣、結(jié)合強(qiáng)度高、效率高、成本低等優(yōu)點。

根據(jù)堆焊原理的不同，常見的堆焊方法有以下幾種：

①電弧堆焊是手工操縱焊條，通過產(chǎn)生的電弧做熱源把填充金屬熔敷在基體表面的一種堆焊方法。

②火焰堆焊是用氣體火焰做熱源把填充金屬熔敷在基體表面的一種堆焊方法，常用的氣體火焰有氧乙炔火焰。

③等離子弧堆焊是用等離子體弧做熱源把填充金屬熔敷在基體表面的堆焊方法，常用的有填絲等離子弧堆焊和粉末等離子弧堆焊兩大類。

④埋弧堆焊是用焊劑層下連續(xù)送進(jìn)的可熔化焊絲產(chǎn)生的電弧做熱源把填充金屬熔敷在基體表面的一種堆焊方法。

2.2 堆焊在農(nóng)機(jī)維修中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)機(jī)械中的空壓機(jī)缸體屬于非易損基礎(chǔ)件，但有時也會發(fā)生破損、裂紋或曲軸主軸承座孔變形等情形，更換整個缸體造價過高，空壓機(jī)缸體下的裂紋常見的修復(fù)有手工電弧堆焊修復(fù)，電弧堆焊過程如下：

①焊前將空壓機(jī)缸體裂紋周圍的油污、鐵銹清洗干凈，并用用氧乙炔火焰加熱烘烤深處的油污和水，烘烤加熱要均勻。

②在空壓機(jī)缸體裂紋兩端鉆止裂孔進(jìn)行裂紋修整，增大結(jié)合強(qiáng)度，用手砂輪沿裂紋方向開U 形坡口，以便于堆焊。

③施焊時使用的焊條選用銅鐵焊條，把空壓機(jī)缸體沿裂紋水平位置放置，焊條運(yùn)條方向從兩端向中間進(jìn)行，空壓機(jī)缸體裂紋堆焊完成后，最后焊兩端的止裂孔，焊后不必進(jìn)行機(jī)械加工修整。

3 熱噴涂技術(shù)

熱噴涂是利用一種熱源把噴涂材料加熱至熔融狀態(tài)，通過氣流吹動使其霧化高速噴射到待噴涂部件表面，形成噴涂層的表面加工技術(shù)。熱噴涂是設(shè)備維修和機(jī)械制造中常用的表面處理技術(shù)。

熱噴涂的涂層具有耐蝕、耐磨等功能。與其他表面處理技術(shù)相比，熱噴涂技術(shù)具有工藝簡單、操作方便、涂層和基體選擇范圍廣、涂層厚度變化范圍大、沉積速率高，容易形成復(fù)合涂層等特點。

3.1 熱噴涂工藝流程

工件的表面準(zhǔn)備→工件的噴涂→工件的噴涂后處理

工藝流程除與設(shè)備類型有關(guān)外，還與金屬、陶瓷和塑料等不同的噴涂材料，以及熱源和噴射速度有關(guān)，根據(jù)熔化金屬熱源的不同，熱噴涂分為氧乙炔火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂、特種噴涂等，要根據(jù)實際條件和技術(shù)要求選擇合適的熱噴涂工藝。

3.2 熱噴涂在農(nóng)機(jī)維修中的應(yīng)用

曲軸是柴油發(fā)動機(jī)的重要零件，曲軸的質(zhì)量決定著柴油機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量，其檢修周期和運(yùn)行壽命決定柴油機(jī)的運(yùn)行和功率發(fā)揮。

發(fā)動機(jī)曲軸在活塞連桿組運(yùn)動的慣性力、氣體壓力等合力作用下，造成曲軸的軸頸磨損增加，從而出現(xiàn)工作性能偏差。潤滑過程出現(xiàn)故障，也會使曲軸在前后主軸及個別連桿軸的軸頸表面出現(xiàn)與軸瓦粘連的劃痕，為保障發(fā)動機(jī)正常工作，就需對發(fā)動機(jī)曲軸進(jìn)行修復(fù)。熱噴涂是曲軸修復(fù)的常用表面技術(shù)。

熱噴涂技術(shù)對曲軸的修復(fù)需要經(jīng)過：基體表面預(yù)處理、噴涂、涂層后處理等工藝過程。

噴涂前對曲軸出現(xiàn)故障的連接面進(jìn)行表面預(yù)處理，凈化基材表面，為噴涂提供活性表面，增強(qiáng)噴涂涂層的結(jié)合強(qiáng)度。

噴涂中首先檢查基體表面是否符合噴涂要求，選用鋅、鋁作為涂層材料，噴涂時注意涂層是否均勻，以及涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，噴涂飛行粒子應(yīng)在整個噴涂過程中與工件表面保持垂直，以便于噴涂均勻。

噴涂結(jié)束后，首先要使曲軸緩慢冷卻，再對曲軸進(jìn)行機(jī)械加工修復(fù)，加工到需要的工作尺寸，最后再仔細(xì)檢查一下涂層是否有脫落和開裂。

4 結(jié)語

隨著農(nóng)村農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的不斷完善，農(nóng)業(yè)機(jī)械占比不斷加大，農(nóng)機(jī)維修任務(wù)不斷增加。表面工程技術(shù)在農(nóng)機(jī)零部件的制造和維修中的應(yīng)用將會越來越多，對磨損、腐蝕嚴(yán)重的農(nóng)機(jī)零部件，合理運(yùn)用表面工程技術(shù)來進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)，能快速達(dá)到維修目的，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用率，進(jìn)而也能為國家節(jié)約大量資金。